專利名稱：一種高強度鉬摻雜板材及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能摻雜鉬板材，具體涉及一種具有優異的高溫強度和室溫強 度的高溫舟皿用板材及其制備工藝。
背景技術：
鉬及其合金由于具有熔點高、強度大、導電導熱性能好、抗蝕性能強及高溫力學性 能良好等優點，被廣泛應用于高溫加熱、玻璃熔煉、高溫結構支撐件等高溫領域。目前，應用 于高溫領域的系列主要有TZM板、Mo-La摻雜板材、Mo-Re板及ASK摻雜板材。其中，用于高 溫燒結舟皿的板材主要是TZM板和Mo-La摻雜板材。盡管它們都具有良好的高溫性能，但目 前仍然存在著不足之處。如TZM板的低溫韌性不足，塑性成形困難；Mo-Re板材盡管性能優 異，但由于Re是稀缺金屬，價格昂貴，加工成本難以控制；Mo-La摻雜板材室溫性能良好，但 高溫時具有熱脆性，強度和塑性會同時降低，使其使用壽命受到影響，從而提高生產成本。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于高溫領域，特別是高溫舟皿領域的高強鉬板材及 其制備方法，該鉬材在高溫條件下不僅具有較高的強度，而且在反復的推舟機械力和熱應 力作用下不易發生變形及斷裂，同時該材料的制備方法簡單、成本低，易實現大批量生產。本發明的技術方案是這樣實現的一種高強度鉬摻雜板材，其成份由細晶粒Mo基體相和彌散均勻分布在其中的超 細的Mo5Si3/稀土復合微粒強化增韌相組成，所述的強化增韌相是將MoSi2與Y203、CeO2中 的一種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2中的兩種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2三者的混合物經 高能球磨復合制備成的超細復合微粒摻入純鉬粉，高溫燒結，原位反應生成。所述的MoSi2與Y203、Ce02中的一種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2中的兩種，或是與 Y2O3和La2O3和CeO2三者的混合物按2 3 4 1的比例高能球磨制得超細復合微粒。所述的超細復合微粒的平均粒徑為80 400nm。所述的超細復合微粒按質量比為0. 3%添加到純鉬粉中。所述的MoSi2純度為99% 99. 99%、平均粒徑< 5 μ m。所述的Y2O3> CeO2或La2O3純度為99. 5 99. 99%、平均粒徑< 2 μ m。
所述的純鉬粉平均粒徑< 8 μ m。所述的高強度鉬摻雜板材的制備方法將所述的超細復合微粒按質量比0. 3%添加到平均粒徑< 8 μ m的純鉬粉中，進行混合、壓制、燒結制成燒結板坯，再將燒結板 坯熱軋開坯，并經軋制得到鉬板材，最后退火消除應力即可。所述的燒結溫度為1850°C 2050°C、燒結時間5 10小時、燒結氣氛為純氫；對 獲得的燒結板坯在1350°C 1500°C溫度下熱軋開坯，軋制得到的鉬板材，總變形量不低于 80% ；最后在850°C 1050°C的退火溫度下消除應力。采用上述技術方案制備的鉬板材，一方面，由于摻雜劑采用了高能球磨方法制取的MoSi2/稀土氧化物超細復合微粒，微粒粒度細，活性高，不僅可有效提高其在Mo基體中 的固溶量，同時在基體中分布也更加均勻(見圖1)，制備燒結鉬的力學和壓力加工性能均 顯著提高；另一方面，由于超細復合微粒活性高，在燒結過程中，在應力場和溫度場的共同 作用下，MoSi2/稀土氧化物超細復合微粒容易與基體鉬發生原位反應，生成Mo5Si3,這種 皿05513具有較高的抗高溫蠕變性能，使得與鉬間的界面結合強度遠高于Mo-Mo之間和Mo-稀 土之間的界面結合強度，阻止界面上空位成核并使其消失在界面上，從而提高材料的高溫 強度；此外，高度彌散分布的稀土氧化物、Mo5Si3,不僅提高了彌散強化效果，同時還可細化 晶粒、凈化晶界，這些均可達到顯著改善和控制材料的組織結構的目的，使得制備的鉬材料 強度和韌性能達到完美的匹配，綜合性能優良。本發明的有益效果體現在MoSi2/稀土氧化物超細復合微粒粒度細且具有較高的活性，在鉬中添加MoSi2/稀 土氧化物超細復合微粒在細化基體晶粒的同時，還可以增加超細復合微粒在基體中的固溶 度，提高其分散的均勻性，改善強化相與基體界面強度，從而可有效提高鉬材綜合性能。與 純鉬相比，MoSi2/稀土氧化物超細復合微粒摻雜板材的室溫和高溫強度都得到顯著提高， 同時室溫韌性也得到大幅改善。此外，該板材的生產成本相對較低，也易于實現規模化、產 業化生產。
圖1 摻雜3襯％的MoSi2/稀土氧化物超細復合微粒后制備的鉬板坯SEM圖；圖2 摻雜3襯％的稀土氧化物后制備的鉬板坯SEM圖。
具體實施例方式下面結合實施例旨在進一步說明本發明，而非限制本發明。實施例1 主要由Mo相和平均粒徑為100 150nm且彌散均勻分布的Mo5Si3/Y203復合微粒 強化相組成。Mo5Si3A2O3復合微粒是以MoSi2和Y2O3復合微粒的形式加入，添加量為2%， 其中，MoSi2與Y2O3的質量比為1 1。經傳統粉末冶金方法制備出厚度為26cm的燒結板 坯，其燒結溫度為1950°C、燒結時間4h。然后，對燒結鉬板坯實施大變形軋制并制備出厚度 為3. Omm舟皿用鉬板材，總變形量為88. 5%。其力學性能數據如表1所示。表1本實施例材料性能數據
室溫抗拉強度 (MPa)室溫抗彎強度 (MPa)1000°C時抗拉強度 (MPa)887.71407.7538.9實施例2 主要由Mo相和平均粒徑為130 200nm且彌散均勻分布的Mo5Si3/La203/Y203復合 微粒強化增韌相組成。Mo5Si3/La203/Y203復合微粒是以MoSi2和La2O3和Y2O3復合微粒的形 式加入，添加量為1.2%,MoSi2與La2O3及Y2O3的質量比為2 1 1。經傳統粉末冶金方
4法制備出厚度為22cm的燒結板坯，其燒結溫度為2000°C、燒結時間6h。然后，對燒結鉬板 坯實施大變形軋制并制備出厚度為2. 5mm舟皿用鉬板材，總變形量為88. 6%。其力學性能 數據如表2所示。表2本實施例材料性能數據
權利要求
一種高強度鉬摻雜板材，其特征在于材料成份由細晶粒Mo基體相和彌散均勻分布在其中的超細的Mo5Si3/稀土復合微粒強化增韌相組成，所述的強化增韌相是將MoSi2與Y2O3、CeO2中的一種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2中的兩種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2三者的混合物經高能球磨復合制備成的超細復合微粒摻入純鉬粉，高溫燒結，原位反應生成。
2.根據權利要求1所述的高強度鉬摻雜板材，其特征在于，所述的MoSi2與Y203、CeO2 中的一種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2中的兩種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2三者的混合物 按23 41的比例高能球磨制得超細復合微粒。
3.根據權利要求1或2所述的高強度鉬摻雜板材，其特征在于所述的超細復合微粒 的平均粒徑為80 400nm。
4.根據權利要求3所述的高強度鉬摻雜板材，其特征在于，所述的超細復合微粒按質 量比為0. 3%添加到純鉬粉中。
5.根據權利要求1或2所述的高強度鉬摻雜板材，其特征在于，所述的MoSi2純度為 99% 99. 99%、平均粒徑< 5 μ mo
6.根據權利要求1或2所述的高強度鉬摻雜板材，其特征在于，所述的Y203、CeO2或 La2O3純度為99. 5 99. 99%、平均粒徑< 2 μ m。
7.根據權利要求1所述的高強度鉬摻雜板材，其特征在于，所述的純鉬粉平均粒徑 < 8 μ m0
8.權利要求3所述的高強度鉬摻雜板材的制備方法，其特征在于，將所述的超細復合 微粒按質量比0. 3%添加到平均粒徑< 8μπι的純鉬粉中，進行混合、壓制、燒結制成 燒結板坯，再將燒結板坯熱軋開坯，并經軋制得到鉬板材，最后退火消除應力即可。
9.根據權利要求8所述的高強度鉬摻雜板材的制備方法，其特征在于，所述的燒結 溫度為1850°C 2050°C、燒結時間5 10小時、燒結氣氛為純氫；對獲得的燒結板坯 在1350°C 1500°C溫度下熱軋開坯，軋制得到的鉬板材，總變形量不低于80% ；最后在 850°C 1050°C的退火溫度下消除應力。
全文摘要
本發明涉及了一種高性能鉬摻雜板材及其制備方法。將MoSi2與Y2O3、CeO2中的一種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2中的兩種，或是與Y2O3和La2O3和CeO2三者的混合物經過高能球磨后，制備成MoSi2/稀土氧化物超細復合微粒；然后將超細復合微粒按0.1wt％～3wt％的比例摻雜到微細鉬粉中，采用粉末冶金方法經混合、壓制、燒結工序制備出Mo5Si3/稀土復合微粒強化鉬板坯；最后經大變形軋制得到所需板材。用該方法生產的摻雜鉬板材具有優異的高溫和室溫強度，其室溫抗拉強度可達921MPa，抗彎強度可達1674MPa，1000℃時的抗拉強度可達558.7MPa，可廣泛應用于高溫領域，如高溫舟皿、電極等。
文檔編號C22C1/05GK101935793SQ20101050579
公開日2011年1月5日 申請日期2010年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者昝秀頎, 楊益航, 梁汛, 段柏華, 汪異, 王德志, 董曉軍, 郭光華 申請人:中南大學